DE2815213A1

DE2815213A1 - Kollektor fuer sonnenenergie

Info

Publication number: DE2815213A1
Application number: DE19782815213
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: E CACARDA GmbH
Current assignee: E Cacarda 8602 Strullendorf De GmbH
Priority date: 1978-04-08
Filing date: 1978-04-08
Publication date: 1979-10-11
Also published as: FR2422121A1; LU81111A1; BE875367A; IL56970A0; JPS54134836A; CH637464A5; NL7902607A; IT1116181B; IL56970A; DK121679A; IT7948664A0

Description

Patentanwalt Erwin H. W. Kose!, D - 858O Bayreuth E. Cacarda GmbH, 8600 Bamberg Kollektor für Sonnenenergie

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kollektor für Sonnenenergie in Form eines hermetisch abgedichteten flachen Kastens mit einer für Strahlungsenergie durchlässigen Deckplatte, in dem die Strahlungsenergie aufnehmenden Elemente angeordnet sind.

Solche Sonnenenergiekollektoren werden im Freien angebracht, und zwar in einer solchen räumlichen Lage, daß sie von der Sonnenstrahlung möglichst den ganzen Tag über erreicht werden. Sie können beispielsweise auf einem Gebäudedach angeordnet sein. Die Strahlunsenergie der Sonne tritt durch die durchlässige Deckplatte, die aus Glas oder Kunststoff besteht, in das Innnere des Kastens ein und trifft dort auf geeignete Elemente, die mindestens einen Teil der Strahlungsenergie aufnehmen und sammeln und so nutzbar machen. Diese Elemente können beispielsweise aus Selen- oder Siliziumelementen bestehen, die direkt elektrischen Strom liefern oder aber auch aus geeigneten Wärmeabsorbern, welche die Wärmestrahlung aufnehmen und an einen geeigneten Energieträger, wie z.B. eine Flüssigkeit, abgeben. Der die Elemente umgebende Kasten dient einerseits dazu, die empfindlichen Elemente vor Verschmutzung oder sonstigen Beeinflussung durch die umgebende Atmosphäre zu schützen, zum anderen um eine unerwünschte Energieableitung, beispielsweise durch Luftströmung oder Rückstrahlung, zu ver-

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hindern. Zu diesem Zweck ist der flache Kasten gegenüber der umgebenden Atmosphäre hermetisch abgedichtet.

Naturgemäß wird der Kollektor jedoch bei starker Sonneneinstrahlung in erheblichem Maße erwärmt und kühlt sich bei nicht vorhandener Sonnenstrahlung, insbesondere in der Nacht, oft stark ab. Infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der den Kasten bildenden Materialien treten zum Teil erhebliche Zugspannungen an den Verbindungsstellen der verschiedenen Materialien auf. Außerdem wird durch die Wärmeeinstrahlung die in dem Kasten vorhandene Luft erwärmt und erzeugt einen Überdruck, während bei starker Abkühlung ein Unterdruck in dem Kasten auftritt. Dies bewirkt, daß beim Vorhandensein kleiner Undichtheiten, die durch die starken Temperaturschwankungen leicht aufträten können, beim Abkühlen Luft von außen her in den Kasten eingesaugt wird, während bei Erwärmung die Luft wieder aus dem Kasten nach außen gedrückt wird. Durch diesen Luftaustausch mit der umgebenden Atmosphäre werden zwangsläufig auch atmosphärische Bestandteile in den Kasten eingesaugt, die zu nachteiligen Einwirkungen auf die Wirkungsweise des Kollektors führen. So wird beispielsweise aus der umgebenden Atmosphäre bei höherer Luftfeuchtigkeit Wasserdampf in das Innere des Kastens eingesaugt, der sich beim Abkühlen auf den im Kasten angeordneten Elementen und auf der Innenseite der durchsichtigen Deckplatte in Form von Wassertröpfchen absetzt. Dadurch wird einerseits die Strahlungsdurchlässigkeit der durchsichtigen Deckplatte erheblich beeinträchtigt, andererseits werden Korrosionen an den im Kasten angeordneten Elementen hervorgerufen, insbesondere dann, wenn diese aus unterschiedlichen Metallen bestehen. Dies führt zu einer erheblichen Beeinträchtigung oder sogar zur galvanischen Zerstörung der die Strahlungsenergie aufnehmenden Elemente. Besonders stark sind solche Korrosionen in salzhaltiger Luft, wie sie z.B. in Küstennähe vorhanden ist. Aber auch andere schädliche Bestandteile können auf diese Weise in den die Elemente umgebenden Kasten gelangen. Die Sonnenenergiekollektoren sind vorzugsweise auf

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Hausdächern angeordnet, da sie dort am wenigsten stören und am besten dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Sie sind aber zwangsläufig in der Nähe von Kaminen angeordnet, durch welche große Mengen von schädlichen Gasen in die Atmosphäre gelangen. Insbesondere bei Ölheizung werden in hohem Maße Schwefelverbindungen freigesetzt, die in Verbindung mit Wasser zu einer erheblichen Korrosion führen. Aber auch die Abgase von Verkehrsmitteln, welche beispielsweise schädliche Stickstoffverbindungen enthalten, verursachen eine erhöhte Korrosion, insbesondere zusammen mit Feuchtigkeit.

Um einen Sonnenenergiekollektor aber über eine längere Zeitspanne vollkommen dicht zu halten, bedarf es eines erheblichen Aufwandes, da auch der Druck innerhalb des Kastens großen Schwankungen unterworfen ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand das Eindringen von schädlichen Bestandteilen in Sonnenenergiekollektoren der eingangs genannten Art zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der die Elemente umgebende Kasten mit der umgebenden Atmosphäre über eine schädliche Bestandteile absorbierende Patrone verbunden ist.

Dadurch wird einerseits ein ungehinderter Druckausgleich mit der Umgebung ermöglicht, so daß in dem Kasten kein Unterdruck oder Überdruck entstehen kann und die für die Abdichtung des Kastens erforderlichen Dichtungsmaßnahmen verhältnismäßig einfach sein können. Andererseits werden in der Patrone die schädlichen Bestandteile der umgebenden Atmosphäre zurückgehalten, so daß sie nicht in das Innere des Kastens gelangen und die oben geschilderten nachteiligen Einwirkungen hervorrufen können.

Dabei ist es nicht erforderlich, daß bei mehreren nebeneinander ange-

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ordneten Kollektoren jeder einzelne über eine Patrone an die umgebende Atmosphäre angeschlossen ist, sondern es können mehrere Kollektoren über eine gemeinsame Rohrleitung an eine einzige Patrone angeschlossen sein. Da die Kollektoren schon zur Vermeidung unnötiger Energieverluste möglichst flach gehalten werden, ist trotz ihrer großen Flächenausdehnung der Rauminhalt verhältnismäßig klein, so daß bei Temperaturwechsel keine großen Luftmengen durch die Patrone strömen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung und zweckmäßige Ausbildungsformen sollen anhand der Figuren näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt einen Sonnenenergiekollektor schematisch im Querschnitt; Figur 2 zeigt schematisch eine Anordnung mehrerer Sonnenenergiekollektoren in der Draufsicht;
Figur 3 zeigt eine Patrone im Schnitt.

Die Sonnenenergiekollektoren 1 bestehen, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, aus einem flachen Kasten 2, der mit einer durchsichtigen Deckplatte 3 versehen ist. Die Deckplatte 3 kann aus Glas oder aus durchsichtigem Kunststoff bestehen. Der Kasten 2 kann innen mit wärmedämmendem Material ausgekleidet sein. Im Inneren des Kastens befindet sich das die Strahlungsenergie aufnehmende Element 4, das beispielsweise aus einer großen Zahl von nebeneinander angeordneten Selen- oder Siliziumelementen bestehen kann. Das Strahlungsenergie aufnehmende Element 4 kann aber auch, so wie in Figur angedeutet ist, aus einer wärmeabsorbierenden Platte bestehen, die an der Unterseite gut wärmeleitend mit Rohren 4a verbunden ist, durch die eine geeignete Flüssigkeit zur Aufheizung und zum Wärmetransport strömt. Die Platte des Elementes 4 besteht beispielsweise aus an der Oberseite geschwärztem Aluminium, die Rohre 4a hingegen aus Kupfer.

Durch den Eintritt von Feuchtigkeit und/oder anderen schädlichen Be-

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standteilen oder Gasen der Atmosphäre werden an den Elementen 4, 4a Korrosionen hervorgerufen, insbesondere wenn diese aus verschiedenen, miteinander verbundenen Metallen bestehen, wie z.B. aus einer Aluminiumplatte, die mit einer Kupferrohrschlange verbunden ist. In diesem Falle tritt durch sogenannte Lokalelementenbildung eine erhebliche Korrosion ein, die zur raschen galvanischen Zerstörung der Elemente führt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Luft salzhaltig ist oder säurebildende Bestandteile, wie Schwefeloxide oder Stickstoffoxide, enthält.

Zur Vermeidung des Entstehens von Unter- und Überdruck im Inneren des Kastens 2 ist der Innenraum des Kastens über eine Patrone 5 mit der äußeren Atmosphäre verbunden. Die Patrone enthält, vorzugweise in körniger Form, ein Absorptionsmittel für die schädlichen Bestandteile der Luft, beispielsweise für Wasserdampf. Solche Substanzen sind bekannt. Beispielsweise wird zur Absorption von Wasserdampf Silicagel verwendet. Die meisten Absorptionsmittel lassen sich in einfacher Weise wieder regenerieren, beispielsweise durch Erhitzen.

In Figur 2 ist eine Anordnung von mehreren Sonnenenergiekollektoren 1 dargestellt, von denen immer eine Gruppe über eine gemeinsame Rohrleitung 6 mit einer Patrone 5 verbunden ist. Es können gegebenenfalls auch alle Sonnenenergiekollektoren über Rohrleitungen mit einer einzigen Patrone verbunden sein, wenn diese entsprechend dimensioniert ist.

In Figur 3 ist eine solche Patrone im Schnitt dargestellt. Diese besteht aus einem Behälter 7, der an beiden Seiten mit Anschlußstutzen 8 versehen ist. Der Anschlußstutzen 8 ist mit dem Kasten 2 des Sonnenenergiekollektors bzw. mit der zugehörigen Rohrleitung 6 verbunden, während über den Stutzen 9 die Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre hergestellt ist. Der Behälter 7 ist mit einem vorzugsweise körnigen Absorptionsmittel 10 gefüllt. Es ist vorteilhaft, wenn mindestens

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ein Teil des Absorptionsmittels mit einem Indikatorfarbstoff versehen ist, der die Grenze der Aufnahmefähigkeit des Absorptionsmittels durch Verfärbung anzeigt. Diese Verfärbung kann eine Farbänderung sein oder auch eine Farbvertiefung oder das Auftreten einer Verfärbung einer ursprünglich farblosen Substanz. Meist wird es genügen, wenn nur ein Teil des Absorptionsmittels 10 den Indikatorfarbstoff enthält. Dieser Teil wird vorzugsweise in einer Schicht 10a angeordnet, die quer zur Durchströmungsrichtung verläuft. Natürlich muß der Behälter 7 mindestens an dieser Stelle durchsichtig oder durchscheinend ausgebildet sein.

Um eine Beeinträchtigung der empfindlichen Oberfläche des Absorptionsmittels zu vermeiden, ist es weiter zweckmäßig, noch ein Staubschutzfilter vorzuschalten, das beispielsweise aus einer Filzschicht 11 besteht. Zweckmäßigerweise ist innen an:beiden Seiten des Behälters 7 je eine Filzschicht 11 bzw. 12 angebracht, die gleichzeitig das Absorptionsmittel 10 am Herausfallen durch die Stutzen 8 bzw. 9 hindert.

Um das Eindringen von groben Teilchen in den mit der Atmosphäre verbundenen Stutzen 9 zu verhindern, ist auf diesem ein Grobstoffilter 13 aufgesetzt, das vorzugsweise aus einem porösen Sinterkörper, beispielsweise aus Bronze, besteht. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Mantel des Behälters 7 aus glasfaserverstärktem Polyester herzustellen.

Der Behälter 7 hat vorzugsweise einen abnehmbaren Deckel 14, so daß das Absorptionsmittel 10 leicht ausgewechselt oder durch Trocknen regeneriert werden kann.

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Claims

Patentanwalt Erwin H. W. Kose!, D-858O Bayreuth

E. Cacarda GmbH, 8600 Bamberg Ansprüche :

(\j Kollektor für Sonnenenergie in Form eines hermetisch abgedichteten flachen Kastens mit einer für Strahlungsenergie durchlässigen Deckplatte, in dem die Strahlungsenergie aufnehmenden Elemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (2) mit der umgebenden Atmosphäre über eine schädliche Bestandteile absorbierenden Patrone (5) verbunden ist.
2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Patrone (5) aus einem Behälter (7) besteht, der an beiden Seiten Anschlußstutzen (8, 9) hat, von denen der eine (8) mit dem Kasten (2) und der andere (9) mit der umgebenden Atmosphäre verbunden ist und der ein Absorptionsmittel (10) enthält.
3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel (10) körnig ist und eine Wasserdampf aufnehmende Substanz enthält.
4. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (7) der Patrone (5) mindestens teilweise durchscheinend oder durchsichtig ist und mindestens ein Teil des Absorptionsmittels (10) einen Indikatorfarbstoff enthält, der durch Verfärbung die Grenze der Aufnahmefähigkeit des Absorptionsmittels (10) anzeigt.

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ORlGSNAL INSPECTED
5. Kollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Patrone (5) eine quer zur Durchgangsrichtung verlaufende Schicht (10a) des Absorptionsmittels (10) einen Indikatorfarbstoff enthält.
6. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Patrone (5) an mindestens einem Ende ein Staubfilter (11, 12) angeordnet ist.
7. Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubfilter (11, 12) aus einer Filzschicht besteht.
8. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Atmosphäre verbundene Anschlußstutzen (9) der Patrone (5) durch ein Filter (13) für grobe Feststoffteile abgeschlossen ist.
9. Kollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobstofffilter (13) aus einem porösen Sinterkörper besteht.
10. Kollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper aus Bronze besteht.
11. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (7) mindestens teilweise aus glasfaserverstärktem Polyester besteht.
12. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (7) einen abnehmbaren Deckel (14) hat.
13. Anordnung mit mehreren nebeneinander angeordneten Kollektoren für Sonnenenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kollektoren über eine gemeinsame Rohrleitung (6) an eine einzige Patrone (5) angeschlossen sind.

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